Schonen Sie Ihren Puls: Wie Sie die Spitzenleistung Ihres gepulsten Lasers einfach berechnen

Wenn Sie die Spitzenleistung einfach und schnell berechnet haben wollen: Klicken Sie auf diesen Kalkulator für Laserspitzenleistung. Wenn Sie wissen möchten, wie Sie die tatsächliche Pulsform Ihres Lasers messen und daraus die Spitzenleistung Ihres Lasers berechnen können, lesen Sie weiter.

 

Entwickler und Forscher, die mit gepulsten Laserquellen arbeiten, interessieren sich häufig für die die maximale Leistung ihres Lasers. Die meisten Messgeräte geben bei gepulsten Lasern allerdings nur die Gesamtenergie eines Pulses oder alternativ die durchschnittliche Laserleistung an. Wie lässt sich die Spitzenleistung eines gepulsten Laserstrahls mit Messgeräten von Ophir Spiricon messen?

 

Ophir bietet dazu einen schnellen Photosensor mit einer Ansprechzeit im Nanosekunden-Bereich– den FPS-1 Sensor. Er wurde entwickelt, um das zeitliche Verhalten eines gepulsten Laserstrahls zu messen. Der FPS-1 lässt sich einfach an ein Oszilloskop anschließen, das den zeitlichen Verlauf der Leistung während des Pulses anzeigt. Da das Oszilloskop nicht den absoluten Wert der Leistung über die Zeit anzeigt, sondern nur das relative Verhalten und die Form des Pulses, kann es nicht direkt zur Ermittlung des Spitzenleistung genutzt werden. Allerdings ermöglicht eine einfache Rechnung, daraus die Puls-Spitzenleistung abzuleiten.

 


Abbildung 1: FPS-1 Schnelle Photodiode

 

Drei Schritte zur Laserspitzenleistung:

  1. Schließen Sie den Sensor an das Oszilloskop an und messen den Laserpuls; die Gesamtenergie des Pulses muss bekannt sein
  2. Konstruieren Sie als Ersatz-Puls ein Rechteck in den frei gewählten Einheiten (A.U.) des Oszilloskops, dessen Höhe der Spitzenleistung und dessen Fläche der in der Oszilloskop-Kurve gezeigten Fläche entspricht. Mittels des konstruierten rechteckigen Pulses kann die Zeitdauer ermittelt werden (die Konstruktion kann am einfachsten durchgeführt werden, in dem man den numerischen Datensatz der Oszilloskop-Kurve anpasst).
  3. Nachdem die Gesamtenergie des Pulses bekannt ist, lassen sich die Spitzenleistung und konsequenterweise auch die nicht-willkürliche vertikale Skala der Oszilloskop-Darstellung ermitteln. Dazu teilt man die Gesamtenergie des Laserpulses durch die konstruierte Zeitdauer, die mit dem Näherungs-Rechteck ermittelt wurde.

 

 

Nehmen wir an, im Beispiel unten wurde eine Gesamtenergie von 10mJ gemessen.

  1. Die Kurve (A1) zeigt in der Spitze 55 A.U.; die Summe der abgelesenen Werte beträgt in A.U. = 268
  2. Ermitteln Sie die ungefähre Fläche unter der Kurve, in dem sie die Summe mit der Schrittgröße multiplizieren: 268 * 0,1 ms = 26,8 ms (A2)
  3. 3. Finden Sie die Zeitdauer, die bei der Multiplikation mit der Spitzenleistung der gerade ermittelten Fläche entspricht. Daraus ergibt sich der Ersatz-Puls (A3)


Abbildung 2: Oszilloskop-Kurve eines Laserpulses; der rote Ersatz-Puls mit der Fläche A3 ist eine Näherung an den tatsächlichen Puls mit der Fläche A1

 

Die Gleichung lautet:

 

((Zeitdauer) = (genäherte Fläche unter Kurve A2) / ( Spitzenleistung A.U.) i.e.

 

(Zeitdauer) = (26,8 ms)/55 = 0,49 ms.

 

Daraus ergibt sich beispielsweise bei einer Gesamt-Pulsenergie von 10 mJ eine Spitzenleistung von 10mJ geteilt durch 0,49ms, sprich ungefähr 20,5mW.